基于三維地震測量的大南湖煤炭資源儲量勘探研究

張繼衛 張 謙

1.大南湖二礦 新疆 哈密 839000；2.中國礦業大學(北京)能源與礦業學院 北京 100083

引言

為實現大南湖礦區煤炭資源的合理有序開發,加強煤炭資源勘查工作管理,大南湖礦區煤礦資源豐富,根據新疆哈密市大南湖煤田二井田具體地質條件,采取相應的勘察方法及工程布置,結合地震測量方法,對大南湖煤礦二井田煤炭資源儲量進行重新儲量估算。

目前,國內外學者和工程師們對資源儲量的勘察方法及工程布置情況進行了不少研究。王宏宇[1]全面收集整理了湖南省飾面石材相關資料并開展了企業調研,在研究分析湖南各類飾面石材資源稟賦、開發利用存在的主要問題的基礎上,提出了相應開發利用建議；陳敏[2]提出了理清政府與市場管理邊界,夯實礦產資源家底；完善內部管理,提升政府服務水平；強化固體礦產儲量數據管理要求,提高礦產資源家底數據掌握程度；加強監管,完善儲量報告質量保障機制；加快信息化建設,提升政府管理效能等政策建議；徐超[3]針對如何實現勘探方法和勘探地點的合理安排,如何促進我國綠色勘探工作的順利進行等問題,論述了礦產資源勘查項目的要點和合理布置探討；楊延偉[4]結合地質勘察現狀,總結了煤炭地質勘察主要技術,提出切實可行的勘察作業方案；趙新民[5]提出了構建完善的煤炭地質勘探體系,促進煤炭地質工作創新,不僅是煤炭企業發展的需求,更是國民經濟持續發展的重要保障；陶勇[6]認為良好的煤炭地質勘查能夠保證煤炭資源的有效利用和良性發展,貫穿于我國社會工業部門發展和國民經濟進步的始終；何仕[7]對左云縣煤炭資源的開發、利用現狀和尚未利用的煤炭資源狀況進行了分析論述,對煤炭資源的合理利用方向進行了探討,為左云縣煤炭工業規劃和可持續發展戰略的制定提供了依據；任肖肖[8]以為正確確定估算參數是資源儲量估算的基礎和前提條件,直接影響到資源儲量估算結果的可靠性和正確性,并以三道莊鉬礦為例,對其礦產儲量估算參數進行了討論,并通過生產實例予以驗證；田剛[9]根據濟源煤田王屋預測區內已有的研究成果,在分析區內構造及二1煤段地層特征的基礎上,利用豐度法分別估算了濟源煤田王屋預測區不同埋藏深度的二1煤層的煤炭資源總量。

本文以大南湖礦區二井田為研究背景,結合井田實際情況,對大南湖礦區二井田地質特征進行分析,并選擇相應的勘察方法,具體大南湖煤田煤炭資源儲量勘察情況如下。

1 工程概況

大南湖煤田屬天山-興安嶺地層區、北天山、中天山地層分區,分布地層主要有古生界泥盆系、石炭系、二疊系,中生界侏羅系,白堊系,新生界第三系、第四系,大南湖礦區區域大地構造單元屬北天山地槽褶皺帶,為晚古生代地槽型沉積,厚度巨大,火山活動強烈,特別是石炭-泥盆系火山巖發育,華力西期各類侵入活動較頻繁,褶皺形態以線狀為特征,構造線主要為近東西向、北西向。

大南湖煤田地質構造復雜,根據大南湖煤田的工程概況進行分析與調整,針對大南湖煤田二號露天礦田采取相應的資源儲量勘探方法,結合地震測量方法,優化資源儲量探測方式,為后續相似地質概況勘察提供參考意見。

2 結合地震測量的綜合勘探方法

根據大南湖煤田的特殊地質情況采取相應的勘察方法,具體勘察方法和工程布置情況如下所述。

2.1 勘察方法及勘探類型 根據工程地質情況,主要根據以下地質特征進行選擇：

1.大南湖煤田二號露天礦田大面積為第四系地層覆蓋,局部有侏羅系地層出露,地表出露的煤層嚴重風化,在勘探區北部、東部有成片的燒變巖分布。

2.大南湖煤田構造形態以寬緩的背、向斜構造為主,構造線延展方向以東西向為主,褶曲形態及產狀顯示完整。

3.大南湖煤田二號露天礦田內煤層比較發育,含煤層數眾多,大部分煤層均達到可采標準,煤層在厚度、結構等方面均有一定的變化。

4.大南湖煤田二號露天礦田內地表較為平坦,第四系低速帶薄,激發、接收可以避開,煤層反射層次豐富,具備地震勘探的地質條件。

根據上述地質特征,在區內勘查工作中采用了地表地質填圖、二維地震、三維地震、磁法、槽探、機械巖芯鉆探、地球物理測井、鉆孔抽水試驗、樣品化驗測試相結合的綜合勘探方法。

圖1 采區位置示意圖

2.2 主要測量方法

①鉆孔放樣：設計孔位坐標由項目組提供,一般采用GPS放樣,當采用全站儀放樣時,首先計算放樣元素。鉆孔放樣時均用已知點進行儀器檢查。并利用地形或者以往鉆孔等地物進行校驗、檢查,確保孔位準確、可靠。

②鉆孔定測：孔位定測是在鉆孔結束后進行的。采用GPS RTK作業時,定測孔位在已知點設立基準站,用已知點進行儀器檢查。檢查點分布合理,滿足GPS測量的幾何要求。采用全站儀時以控制點為起算點,按勘控點質量標準進行觀測。

③地震測量：在已知點上正確安置基準站,放樣到第二個已知點并測實地位置坐標,通過GPS測量手薄里的點校正功能進行校正。校正無誤后,進行地震測線放樣。

地震測線放樣時在GPS測量手薄內輸入測線起點和終點理論坐標,鍵入相應的直線。放樣該直線,精確放樣到起點位置后測量氣實地位置坐標、高程。依據GPS手薄顯示的直線標定方向和距離前進,定檢波點和炮點點位,在炮點、在檢波點位置標記。根據地形變化情況實時測量高程點。當相鄰檢波點、炮點高差超過0.5m時,測量高程。

④磁法測量：磁測網的布設,采用GPS敷設基線。對磁測基點、磁測網基線的端點,均與附近三角點進行聯測。

⑤地質填圖：地質點、產狀點定位測量采用手持GPS進行。手持GPS參數設置通過實測區內E級GPS求得。

⑥槽探測量：槽探端點放樣及定測,均采用GPS RTK作業方式進行。

2.3 地震測量

2.3.1 施工方法

①測網網度

根據勘查設計,先期開采地段施工三維地震達到查明程度,外圍基本查明區段測線布設基本網度為1000×1000m,局部需加強構造控制區段測線加密到500×1000m～250×500m網度,外圍根據需要稀疏控制。

②觀測系統

二維觀測系統：120道接收,炮點距20m(部分10m),道距10m(淺部5m),30次覆蓋,中點激發觀測系統。

③激發和接受方式

成孔方法：戈壁鉆機成孔。

激發條件：單井激發,井深6m,TNT高速成型炸藥激發,藥量2kg,北部目的層非常淺,采用1kg藥量,填土悶孔。

組合檢波：4個100Hz檢波器,2串2并,同坑用土埋置,檢波器引線掩埋60cm以上。

2.3.2 地震反射波地質層位的標定 利用測井資料制作合成地震記錄是標定地震反射波地質屬性的重要方法。利用本區的人工合成地震記錄,與井旁地震時間剖面及其反演剖面對比,確定地震反射波與地質層位的對應關系,可以確定主要煤層的反射波特性,見圖1。

圖1 時間剖面上的多煤層反射波

通過合成地震記錄的標定,證實了以上對該區地震資料分析認識的正確性,圖中左邊是根據測井曲線制作的反射系數曲線,11～14位置為6個CDP的合成地震記錄,兩邊各4個CDP的井旁實際地震記錄,兩者吻合程度較高。

2.3.3 地震測量結論 測量結果顯示煤系地層的沉積具有明顯的規律性,18-25煤層之間地層全區沉積較穩定,東北部較薄；3-18煤層地層間距變化較大西南部厚度較大,東南部較小,變化可達近100m。時間剖面反映的地層形態與鉆探資料完全吻合。

本次地震工作充分地體現了邊設計、邊施工、邊解釋的“三邊”工作原則。地震試驗工作充分,施工參數、觀測系統選擇合理,施工技術及管理措施得當,要求嚴格,野外原始記錄甲級率分別為二維60.42%、三維63.65%,符合《規范》和《設計》要求。地震成果控制了煤層底板的起伏形態,解釋了煤層厚度及煤層結構,經鉆孔實際驗證解釋成果精度較高,滿足了地質任務的要求。

3 二號露天礦田煤炭資源量

二號露天礦田-200m水平以淺共獲得各類煤炭保有資源儲量242071萬噸(褐煤28654萬噸,長焰煤195444萬噸,不粘煤17973萬噸)。其中,331類86812萬噸(褐煤9678萬噸,長焰煤72963萬噸,不粘煤4171萬噸),332類76554萬噸(褐煤7694萬噸,長焰煤60772萬噸,不粘煤8088萬噸),333類78705萬噸(褐煤11282萬噸,長焰煤61709萬噸,不粘煤5714萬噸)。累計查明資源儲量242071萬噸(褐煤28654萬噸,長焰煤195444萬噸,不粘煤17973萬噸)。未動用資源儲量。其中,331類占總資源量的36%,331+332類占總資源量的67%。

煤柱留設資源量估算：哈羅鐵路經過本區范圍內有6層可采煤層(21、22、22下、25、28、29),共留設保護煤柱6042噸,其中332類1102萬噸,333類4940萬噸。

4 結論

(1)在以往地質工作基礎上,本次工作采用地質測量、鉆探、測井、抽水試驗、采樣測試化驗等手段密切配合的綜合勘探方法,露天礦田首采區以250×250m、外圍以500m×500m、1000×1000m工程間距布設鉆探工程,滿足規范對露天煤礦勘探工作程度的要求。

(2)結合了二維地震測量和三維地震測量的方法,為相似地質條件礦區的資源儲量勘探工作提供了寶貴的建議。